讓人目瞪口呆的精彩科學(xué)現(xiàn)象
量子懸浮
當(dāng)某些材料處于基本溫度以下,就成為超導(dǎo)體。超導(dǎo)體的電阻為零。在已知的金屬中,具有不到一半的金屬存在這一“轉(zhuǎn)變溫度”,即低于這一溫度時,它們就成為超導(dǎo)體。通常,這個轉(zhuǎn)變溫度很低。例如,銠的超導(dǎo)體轉(zhuǎn)變溫度為-273.15ºC(-459.66ºF),僅處于絕對零度以上的百分之幾。也就是說,制備超導(dǎo)體十分困難。
直到高溫超導(dǎo)體的出現(xiàn),這些高溫超導(dǎo)體材料具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu),通常由陶瓷和銅,以及其他金屬的混合物組成。其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度在-160.59ºC(-321.07ºF)或以上。雖然轉(zhuǎn)變溫度還是有些低,但至少稍微容易制備了。
由于液態(tài)氮在沸點下也具有類似性質(zhì),我們還可以利用其他一些奇異的室溫超導(dǎo)體。將超導(dǎo)體放在一個弱能量場(如一塊磁鐵)中,超導(dǎo)體可以創(chuàng)建出表面屏障的電流,以此排斥電磁波。在這種情況下,超導(dǎo)體周圍的磁場線發(fā)生彎曲,在半空中鎖定。在任意方向彎折,超導(dǎo)體都可以自動補償電場來抵消磁鐵。這種現(xiàn)象被稱為量子鎖定或量子懸浮。
特斯拉線圈的勇士
我們大多數(shù)人都很熟悉尼古拉·特斯拉,也讓我們記住了這個成就顯赫的電氣創(chuàng)新天才和令人發(fā)指競爭行為的受害者。我們大多數(shù)人也十分熟悉特斯拉線圈,這個裝置可以產(chǎn)生弱電流、高壓交流電以及五顏六色的火花。
現(xiàn)在,特斯拉線圈之間可以傳輸250000和500000伏特的電壓。大多數(shù)娛樂顯示屏沒有使用法拉第籠式的大磁場,這種磁場是由網(wǎng)格狀均勻分布在表面的電壓形成。由于電勢測量電位的差異,法拉第籠內(nèi)沒有電流的存在。任何人在法拉第籠中,都可以迎著閃電,毫發(fā)無損地出來。
有時,人們會發(fā)揮無盡的創(chuàng)造力。在視頻中,兩個“戰(zhàn)士”身著導(dǎo)電網(wǎng)制服——法拉第籠制服。最近,還有一個創(chuàng)造性的“會唱歌”的特斯拉線圈的開發(fā),通過調(diào)節(jié)火花線圈的輸出可以實現(xiàn)音樂的播放。
正弦波和幀
聲波具有不可思議的能讓其他對象匹配它們頻率的能力。如果你曾經(jīng)在你的車中聽重低音節(jié)拍的音樂,你可能會注意到鏡子的波動,這是因為聲波擊中了鏡子。在視頻中,發(fā)生了一些有趣的事情,最終的結(jié)果更是富有戲劇性。
當(dāng)24赫茲的正弦波在水下軟管中穿過一個喇叭。軟管就開始以每秒24次的頻率震動。從水中出來時,它已經(jīng)形成了頻率為24赫茲的波。關(guān)鍵之處在于:在現(xiàn)實生活中,這只會出現(xiàn)在波回到或者進(jìn)入地上時。
真正的奇跡是相機中的轉(zhuǎn)向角度現(xiàn)象。通過以每秒24幀的速度拍攝水滴下降,照片使得水流似乎凍結(jié)在半空中。每個水波擊中完全相同的空間,每秒鐘24次。在膠片上,在無限長的時間內(nèi)似乎存在著相同的波,但在現(xiàn)實中,不同波經(jīng)過每一幀被取而代之。如果你換成23赫茲的正弦波,照片會看起來像水向上陷入軟管中,這是因為相機的幀速率與正弦波之間存在微小的偏移。
著名的開爾文雷暴
開爾文雷暴(或者開爾文水滴管)始建于1867年,其設(shè)置非常簡單。將兩條溪流的水通過兩個不同的電感器,一個帶正電,一個帶負(fù)電。在底部收集帶電水滴,讓水流通過,并收集電勢。這是一種即時能量,你可以向你的朋友展示一個電火花。
它是如何工作的呢?
剛啟動時,其中一個電感器(銅環(huán))上總是帶有一個小的自然電荷。比方說,右邊的電感器帶一點負(fù)電荷。當(dāng)一滴水穿過它時,水中的正離子會拉至液滴的表面,正離子會被推到中心,使得液滴表面電荷帶正電。
當(dāng)正電荷水滴接觸右邊的電感器時,它會將部分電荷傳給電感器,并將正電荷通過導(dǎo)線傳遞給左邊的電感器,使其帶正電?,F(xiàn)在,左邊的制造出帶負(fù)電的水滴,進(jìn)一步,右邊的電感器帶負(fù)電。電感器之間建立起反饋積極,直到有足夠的電勢存儲使其強制放電——在兩個電感器之間出現(xiàn)火花跳躍。
撇開科學(xué)的東西不談,這個機器最酷的作用發(fā)生在電感器上。隨著電荷的聚集,電感器吸引水反向離子的難度加大,微小的水滴會跳出在電感器中的運行軌道,就像飛蛾撲火一般在燈的附近飛躍。
牛頓的珠子
如果你拿一個罐子,在其中填滿MardiGras beads長鏈,這個現(xiàn)象也可以出現(xiàn)在你的客廳中。將線串的珠子放進(jìn)瓶子里,那么末端的珠子就會掉在地上。你會期望發(fā)生什么,鏈子開始在瓶子中滑動,但伴隨著一些意想不到的現(xiàn)象,珠子并沒有繼續(xù)下滑進(jìn)入罐子里,而是像噴泉那樣飛躍到空氣中回到地板上。
這是一個非常簡單的概念,但它看起來十分不可思議。這里涉及了三種不同的力。重力,拉著前緣的鏈朝向地板。每節(jié)鏈為了抵抗重力,受到珠子帶來的拉力——這第二種力。
但在罐子里,還存在著第三種力,就是這種力將珠子推動到空氣中。聽起來這是不可能的,因為罐子顯然不是移動的,但所有這一切歸結(jié)到根本上是因為什么呢?
簡單說來,鏈節(jié)是一系列剛性棒由撓性連接而成。想象火車的一個車廂,在一個假設(shè)的情況下,如果將火車的前端停住,其余的車廂將沿著傾斜于中心軸的方向向上飛出后下落。之所以會出現(xiàn)現(xiàn)實生活中的場景,是因為下面的一層固體與地球直接接觸。相反,如果車廂向下邊緣傾斜,地面就會推開它,以避免它的自然轉(zhuǎn)動。如果這種拉力大到可以和貨車車廂的重量相比,那麼地面的拉力就會把車廂扔到空中。
所以每個鏈節(jié)的珠子的跑出都因為收到前面鏈節(jié)的拉力,罐子的底部(或下層的珠子)將其推入空中,創(chuàng)建一個“失速”循環(huán),直到重力生效,才將其拖拽回去。